CN102549394A - 流量测量装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的流量测量装置中，将对第一振子(2)和第二振子(3)的发送和接收方向进行切换来测量超声波传播时间的过程决定为单位测量工序，由计时单元(12)求出在单位测量工序中执行的双向传播时间。并且，由时间差检测单元(16)求出由计时单元(12)求出的双向的传播时间差，由判断单元(17)根据其值来判断流量的有无。然后，根据该流量的有无来决定单位测量工序的执行次数。因而，能够进行实时的状况判断，因此能够迅速地判断流量的有无。因此，能够提高可迅速地切换为与流量的有无相应的测量方法的响应性。

Description

流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种根据超声波信号的传播时间来测量流体的流量的流量测量装置。

背景技术

以往，在这种流量计中，已知一种通过多次重复进行两个振子间的发送接收来提高测量分辨率的回振法。

使用图11说明将这种测量装置应用于家庭用的燃气表的例子。

即，在流体管路101中，发送超声波的第一振子102和接收所发送的超声波的第二振子103相对置地设置在流动方向的上下游侧，使超声波斜穿过流动的流体。

另外，包括测量部104、控制部105以及运算部106，该测量部104使用上述第一、第二振子102、103来测量超声波的传播时间，该控制部105控制该测量部104，该运算部106根据测量部104的测量结果来求出流体流量。

在图11中，在将声速设为C、将流速设为v、将第一、第二振子102、103间的距离设为L、将超声波的传播方向与流动方向所形成的角度设为θ、将从配置在流体管路101的上游侧的第一振子102发送超声波而由配置在下游侧的第二振子103接收到超声波时的传播时间设为t₁、将反向的传播时间设为t₂的情况下，能够用下式求出t₁和t₂。

t₁＝L/(C+vcosθ)                    (式1)

t₂＝L/(C-vcosθ)                    (式2)

将(式1)和(式2)变形，用(式3)求出流速v。

v＝L·(1/t₁-1/t₂)/2cosθ            (式3)

如果将流体管路的截面积乘以用(式3)求出的值，则能够求出流体的流量。另外，在(式3)中，括号内的项能够变形成(式4)那样。

(t₂-t₁)/t₁·t₂                       (式4)

在此，(式4)的分母的项与流速的变化无关，为大致固定的值，但是分子的项是与流速大致成比例的值。

因而，需要高精确度地测量两个传播时间的差。因此，流速越慢，越需要求出微小的时间差，为了以单发现象进行测量，测量部104需要具有例如ns(纳秒)数量级的非常小的时间分辨率。

要实现这种程度的时间分辨率很困难，即使能够实现，也会由于提高时间分辨率而导致耗电增加。因此，重复多次执行超声波的发送，由测量部104测量该一系列的重复测量所需要的时间。

然后，求出其平均值，由此实现了需要的时间分辨率。即，如果将测量部104的时间分辨率设为T_A、将重复次数设为M，则通过使测量部104在该重复测量期间连续地进行动作，能够使传播时间的测量分辨率成为T_A/M。

这种测量装置能够在流体流路内的压力稳定时实现高精确度的测量，但是例如在应用于普通家庭中的对作为能源而提供的燃气的流量进行测量的燃气表的情况下，面临被称为脉动现象的固有问题。

这是一种如下现象，例如如被称为GHP(内燃气热泵型空调)的利用了燃气发动机的空调机那样，与燃气发动机的旋转同步地使周边的燃气供给配管内的压力产生变动。在产生了该脉动的情况下，即使没有使用燃气器具，燃气也与压力的变动同步地在配管内移动，受其运动影响，导致宛如燃气正在流动那样检测出测量值。

作为抑制该现象的影响的方法，例如将重复测量次数M抑制为能够维持测量精确度的最低限度的次数，在此基础上缩短测量间隔，以小刻度在比较长的时间内连续执行N次，使用连续测量出的N次测量结果来进行流量运算。

特别是，通过将足够小于压力变动周期的间隔设为测量间隔，能够没有遗漏地捕捉流速变动波形的相位状态，通过将它们平均化，达到能够检测去除了变动成分后的真正的流速(流量)的效果(例如参照专利文献1)。

但是，始终持续进行这种测量方法在耗电方面不是上策。因此，为了减少不必要的耗电，而与检测出的流速的变动量相应地控制测量次数N。即，在流量变动小而能够判断为没有脉动的状况下，将测量次数N减小，在流量变动大而能够判断为有脉动的状况下，将测量次数N增大(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2002-350202号公报

专利文献2：日本特开2003-222548号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述以往的结构中，在没有产生脉动的情况下，能够降低耗电，但是对于与流量大小相应的测量方法，没有相关的公开。

特别地，为了有效地使用有限的电力资源，寻求一种不仅在没有脉动的情况下抑制耗电，在不影响累计流量的情况下即没有流量的情况下也抑制测量频率来降低装置整体的耗电的方法。并且，期望一种迅速地判断是否有流量、响应延迟小的测量方法。

本发明用于解决上述现有的问题，其目的在于提供一种能够迅速地判断流量的有无并根据流量的有无切换为有效地利用电力资源的测量方法的响应性高的测量装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述现有的问题，本发明的流量测量装置具备：第一振子和第二振子，其被设置在流体流路上，发送和接收超声波信号；计时单元，其测量超声波信号在上述第一振子和上述第二振子之间的传播时间；流量运算单元，其连续地执行单位测量工序，根据与上述执行的次数相应的传播时间来运算流量，其中，在上述该单位测量工序中切换上述第一振子和上述第二振子的发送接收方向，并且由上述计时单元测量顺逆两个方向的超声波信号的传播时间；时间差检测单元，其求出上述单位测量工序的顺逆两个方向的传播时间差；以及测量控制单元，其选择连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序，根据在该任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差来控制后续的单位测量工序的执行次数。

根据上述结构，能够提供一种能迅速地判断流量的有无并切换为与流量有无相应的测量方法的响应性高的测量装置。

在参照添附附图的基础上，根据下面的优选实施方式的详细说明可明确本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点。

发明的效果

本发明的流量测量装置能够进行能迅速地判断流量的有无并切换为与流量有无相应的测量方法的响应性高的测量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的流量测量装置的结构的一例的框图。

图2是说明图1所示的流量测量装置的动作中的流量计算工序的结构的一例的时序图。

图3是说明图2所示的流量计算工序的测量间隔的时序图。

图4是说明图1所示的流量测量装置的动作的时序图。

图5是说明图1所示的流量测量装置中的零流量时的动作的时序图。

图6是表示图1所示的流量测量装置中的计时单元的电路结构的一例的示意图。

图7是说明图6所示的计时单元的动作的时序图。

图8是更详细地说明图6所示的计时单元的图7所示的时序图的时序图。

图9是说明本发明的实施方式2的流量测量装置所具备的计时单元的动作的时序图。

图10是说明图9所示的时序图的主要部分的时序图。

图11是表示以往的流量测量装置的结构的一例的框图。

附图标记说明

1：流体流路；2：第一振子；3：第二振子；7：测量控制单元；12：计时单元；15：流量运算单元；16：时间差检测单元；17：判断单元；33：计数器电路。

具体实施方式

本发明是一种流量测量装置，其具备：第一振子和第二振子，其被设置在流体流路上，发送和接收超声波信号；计时单元，其测量超声波信号在上述第一振子和上述第二振子之间的传播时间；流量运算单元，其连续地执行单位测量工序，根据与上述执行的次数相应的传播时间来运算流量，其中，在上述该单位测量工序中切换上述第一振子和上述第二振子的发送接收方向，并且由上述计时单元测量顺逆两个方向的超声波信号的传播时间；时间差检测单元，其求出上述单位测量工序的顺逆两个方向的传播时间差；以及测量控制单元，其选择连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序，根据在该任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差来控制后续的单位测量工序的执行次数。因此，能够无响应延迟地判断流量的有无并切换为与流量的有无相应的测量方法，能够进行响应性高的测量。

并且，通过将该任意的单位测量工序设为一系列的单位测量工序中的初期的单位测量工序，能够进一步提高响应性。

并且，构成为如果在连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序中由时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则测量控制单元中止以后的测量工序的执行，因此能够降低没有流量时的耗电。

并且，构成为如果在连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序中由时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则流量运算单元将其间的流量计算为零，因此在没有流量的情况下，能够节省复杂的流量运算，因此能够进一步降低耗电。

并且，构成为将一系列的单位测量工序的开始至流量运算的结束决定为单位流量计算工序，在流量连续为零的情况下，测量控制单元改变单位流量计算工序的执行间隔使该执行间隔每次都不同，因此即使在流路内产生周期性脉动，也不会错误地将流量判断为零，能够实现测量精确度的提高。

并且，构成为如果在连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序中由时间差检测单元求出的时间差大于阈值，则测量控制单元继续连续地执行多次单位测量工序，因此在有流量的情况下能够进行精确度高的测量。

并且，构成为计时单元由基准时钟和根据上述时钟进行计数的计数器电路构成，时间差检测单元由使用了上述计数器电路的计数值的减法电路构成，在判断零流量的过程中不需要进行乘除法运算，因此能够通过仅使减法电路进行动作的简单的运算方法来判断流量的有无，能够进行迅速性高的控制。

并且，构成为计时单元由频率不同的至少两个基准时钟和计数器电路构成，时间差检测单元检测针对每个计数器电路计算计数差，判断单元构成为基于由时间差检测单元求出的所有计数器的计数差的组合来判断零流量，因此能够提高零流量的判断精确度。

下面参照附图说明本发明的实施方式。此外，在下面，在所有的图中对同一或者相当的要素附加同一参照标记，并省略其重复的说明。

另外，下面的实施方式并不是限定本发明的内容。

(实施方式1)

首先，参照图1、图2、图3说明本实施方式的流量测量装置的结构。图1是表示本实施方式的流量测量装置的结构例的框图。

如图1所示，在本实施方式的流量测量装置中，在流体流路1中的上下游侧，发送和接收超声波信号的第一、第二振子2、3倾斜地相对置地进行配置，使超声波以斜穿过流动的流体的方式进行传播。作为这些第一振子2和第二振子3，能够优选应用兼备超声波的发送和接收功能的公知的压电陶瓷振子，但是不特别地进行限定，能够应用公知的其它超声波发送接收元件。

发送单元4向第一振子2输出驱动信号，第二振子3接收从该第一振子2输出的超声波信号，在接收单元5中对该接收信号进行信号处理。

切换单元6对第一振子2与第二振子3的发送接收功能进行切换。

测量控制单元7控制在上述第一、第二振子2、3之间执行的发送接收的所有动作，由触发单元8、重复单元9、延迟单元10、测量工序控制单元11构成。

首先，当由触发单元8输出测量开始的触发时，切换单元6将第一振子2与发送单元4连接，将第二振子3与接收单元5连接，开始进行以第一振子2为发送侧、以第二振子3为接收侧的测量。为了以后的说明，将其称为流体流顺向测量。

当从发送单元4输出驱动信号时，从第一振子2输出超声波信号，当该超声波信号到达第二振子3时，由接收单元5进行接收处理。一旦进行接收处理，则通过重复单元9的作用，执行由规定的重复次数构成的流体流顺向的回振测量。在本实施方式中将重复次数设为四次，但是不限于此，如果测量分辨率高，则也可以不进行回振测量而设为仅一次的测量。

当四次的重复完成时，从延迟单元10产生规定的延迟时间，之后触发单元8对切换单元6输出发送接收的切换信号，这次将第二振子3与发送单元4连接，将第一振子2与接收单元5连接，开始进行以第二振子3为发送侧、以第一振子2为接收侧的测量。为了以后的说明，将其称为流体流逆向测量。

另外，此时，从触发单元8输出测量开始的触发信号。在切换了发送接收功能的逆向测量中也执行四次重复测量。

如上所述，将流体流顺向的回振测量(四次重复测量)和流体流逆向的回振测量(四次重复测量)交替地进行一次的一系列动作称为单位测量工序。参照图2和图3的流程图说明该单位测量工序和流量计算工序。

如图2所示，在将最初执行的单位测量工序设为第一测量工序的情况下，当第一测量工序完成时，从延迟单元10输出延迟信号，重复进行与第一测量工序同样的动作。将其设为第二测量工序。下面将同样的单位测量工序重复规定的次数，因此将第n次的单位测量工序称为第n测量工序。

在通过测量工序控制单元11执行规定次数(n＝N次)的单位测量工序之后，执行流量运算。将该规定次数的单位测量工序一起称为流量计算工序。本发明的流量测量装置如图3所示那样，通过每隔固定的测量间隔执行该流量计算工序来测量流量。此外，该固定的测量间隔的长度和上述单位测量工序的规定次数都没有特别地进行限定，能够根据各种条件设定合适的时间或次数。

计时单元12测量触发单元8的触发信号输出时刻至回振结束为止的时间，第一加法单元13对各单位测量工序的顺向测量中的计时单元12的测量值进行累计，第二加法单元14对各单位测量工序的逆向测量中的计时单元12的测量值进行累计。

然后，当所决定的N次单位测量工序的动作完成时，流量运算单元15使用第一加法单元13和第二加法单元14的输出值来计算流量值。

另一方面，时间差检测单元16在第一测量工序完成时求出顺向测量中的计时单元12的测量值与逆向测量中的计时单元12的测量值之差。

判断单元17将时间差检测单元16的输出与判断阈值进行比较，如果大于阈值，则判断为有流量，如果小于阈值，则判断为没有流量(零流量)，将其判断结果输出到测量工序控制单元11。

测量工序控制单元11根据判断单元17的判断结果，设定要执行几次单位测量工序来求出流量。

此外，作为上述的发送单元4、接收单元5、切换单元6以及测量控制单元7，具体来说使用公知结构的发送电路、接收电路、切换电路、控制器，但是并不特别地限定于这些结构。

另外，构成测量控制单元7的触发单元8、重复单元9、延迟单元10以及测量工序控制单元11的具体结构也不特别地进行限定，可以使用公知的触发输出电路、重复控制电路、延迟电路、用于设定单位测量工序的次数的电路，通过这些电路来构成测量控制电路，在测量控制单元7由单一的控制器构成的情况下，触发单元8、重复单元9、延迟单元10以及测量工序控制单元11也可以是上述控制器的功能结构。也就是说，触发单元8、重复单元9、延迟单元10以及测量工序控制单元11也可以是由作为控制器的例如CPU按照保存在未图示的存储器等存储部中的程序进行动作来实现的结构。

另外，作为第一加法单元13、第二加法单元14、流量运算单元15、时间差检测单元16以及判断单元17，具体来说使用公知的加法电路、运算器、时间差检测电路、判断电路，但是并不特别地限定于这些结构。另外，例如第一加法单元13、第二加法单元14、流量运算单元15、时间差检测单元16以及判断单元17也可以与上述的测量控制单元7同样地，是通过单一的控制器来实现的功能结构。此外，稍后记述计时单元12的具体结构，但是本发明不限定于此，也能够采用公知的其它结构。

进一步地，发送单元4、接收单元5、切换单元6、测量控制单元7(以及构成测量控制单元7的触发单元8、重复单元9、延迟单元10以及测量工序控制单元11)、计时单元12、第一加法单元13、第二加法单元14、流量运算单元15、时间差检测单元16以及判断单元17是本实施方式的流量测量装置所具备的结构要素，当然也可以具备其它的结构要素，这些结构要素如上所述那样构成流量测量装置中的电路单元或者功能单元。因而，在本实施方式中，这些结构要素例如能够替换为另一种说法，即，发送部或者发送器、接收部或者接收器、切换部或者切换器、测量控制部或者测量控制器(触发部、重复部、延迟部以及测量工序控制部)、计时部或者计时器、第一或第二加法部或者第一或第二加法器、流量运算部或者流量运算器、时间差检测部或者时间差检测器、以及判断部或者判断器。

接着，参照图4说明之前已说明的各部的动作的流程。图4是以第一测量工序中表示流体流顺向测量开始的触发单元8的输出时刻为原点、横轴表示从原点起的经过时间、纵轴表示各部的动作的时序图。

首先，在时间t₁，由计时单元12测量出的第一测量工序的顺向测量值T_d1输出到时间差检测单元16，同时在第一加法单元13中加上T_d1。之后，从经过了规定的延迟时间T_int的时间t₂开始进行流体流逆向测量，在时间t3，将由计时单元12测量出的第一测量工序的逆向测量值T_u1输出到时间差检测单元16。

在此，时间差检测单元16使用(式5)求出两个测量值T_d1与T_u1的差T_dif1。

T_dif1＝T_u1-T_d1                      (式5)

另外，同时在第二加法单元14中加上T_u1。此外，稍后记述基于使用(式5)求出的时间差进行的控制切换。

下面，在第二测量工序以后也同样地，每当顺向、逆向的测量结束时，交替地在第一加法单元13和第二加法单元14中执行加法处理。

然后，在所决定的次数的单位测量工序全部结束的时间t_d，使用在第一加法单元13和第二加法单元14中进行加法运算而得到的顺向、逆向各自的传播时间的合计值，由流量运算单元15进行流量运算。

在流量运算单元15中，首先，根据第一加法单元13和第二加法单元14各自保存的值求出每次传播时间的平均值t₁和t₂，之后使用上述的(式3)求出流速，再乘以需要的系数来求出流量值。此外，在此，将时间t＝0至执行流量运算的时间t_d称为单位流量计算工序。

此外，在此，不在每个单位测量工序中都执行流量运算是为了省电。在产生了流体流动的情况下，需要将图4所示的T_int设定为短到某种程度的间隔(例如几ms)，在此基础上对流动状态(与流量有关的某些物理量)进行采样，由此捕捉流体的状态来提高精确度，但是如果每次都求流量，则计算量变得庞大而会导致耗电增加，这是不言而喻的。

因此，事先以这样的短间隔对传播时间进行采样，在单位测量工序重复某种程度(例如几十次)的阶段，使用采样结果的平均值来运算流量，由此与在每个单位测量工序中都运算流量的情况相比，能够显著地减少运算量。

接着，参照图5说明在流路内没有产生流体流的情况下的动作。与图4的情况同样地，在第一测量工序结束的时间t3，由时间差检测单元16使用(式5)求出顺向、逆向的传播时间差T_dif1。

在没有流体流动的情况下，该值大致等于零。因此，设定能够视作流量为零的适当的阈值，测量控制单元7根据是否超过了阈值来进行动作以变更以后的动作。

图5是表示T_dif1小于阈值时即没有流量时的动作的时序图的图。首先，在时间t3，由判断单元17对T_dif1与判断阈值的大小进行比较，如果其结果是T_dif1小于判断阈值，则在测量控制单元7中，测量工序控制单元11停止第二测量工序以后的触发信号的输出。由此，中止第一测量工序之后的单位测量工序的执行。另外，流量运算单元15不执行包括上述(式3)在内的所有流量运算，将流量计算为零。

在参照图4进行的之前的说明中，连续执行单位测量工序时的执行间隔被设定为几ms左右的值，但是在检测出零流量之后，测量控制单元7进行控制以设置与该时间相比足够长的时间间隔(例如100ms)，之后在时间t₄开始进行处于下一流量计算工序开始的第一测量工序。

相反，如果T_dif1大于阈值，则测量控制单元7进行控制以连续执行基于图4所示的时序图的动作，即以几ms的间隔连续执行N次的单位测量工序。

因而，仅在没有流体流动的情况下，以100ms左右的间隔执行仅一个单位测量工序的测量，与产生流量时那样以几ms间隔执行单位测量工序的情况相比，动作时间短，并且还省略了复杂的流量运算，因此能够大幅地降低耗电。

尤其是在考虑应用于家庭用燃气表的情况时，一天中大部分时间带不使用燃气器具，因此能够实现在没有燃气流动的情况下省电。燃气表采用设置于屋外的方式，因而使用电池电源，但是能够将有限的电力能源分配给使用燃气器具的时间带。

另外，如果事先设为在检测出零流量的情况下到执行下一流量计算工序为止的时间间隔不是固定为100ms，而是以具有随机性的值总是进行变更，则能够防止在流路内产生周期性脉动那样的情况下，虽然产生了流量但是错误地判断为零流量。

此外，在本实施方式中，测量控制单元7选择第一测量工序作为连续执行的一系列的单位测量工序，但是本发明当然不限定于此，能够自第二测量工序起任意地选择之后的单位测量工序。在此，在将单位测量工序重复N次时，即使选择第N测量工序也无法中止后续的单位测量工序，因此测量控制单元7优选构成为选择第一次至第N-1次的单位测量工序中的任一个作为任意的单位测量工序。

另外，从降低耗电的观点出发，更优选测量控制单元7构成为选择一系列的单位测量工序中的尽可能初期的单位测量工序。在此所说的初期只要是第一次至小于N/2的整数次(即，所有N次中的半数以前的次)中的任一个单位测量工序即可。如果将可选择的次数的上限值设为N_max，则N_max只要是至少小于N/2的最大的整数即可，根据N的大小，例如也可以是小于N/3的整数，还可以是小于N/4的整数，进一步，可以是更小的整数。

另外，在本实施方式中，测量控制单元7构成为中止任意的单位测量工序以后的单位测量工序的执行，但是作为对执行次数的控制，也可以是中止执行以外的控制。例如可列举出如下控制：在执行单位测量工序数次之后中止，或者大幅地减少次数，或者以预先设定的条件间隔剔除次数。

此外，如果是本实施方式的结构，则能够实质上瞬时地判断流量的有无，根据该判断，实质上瞬时地切换为与流量的有无相应的测量方法，但是如果能够有益于降低耗电，即使不是瞬时，只要构成为迅速地判断流量的有无且迅速地切换为合适的测量方法即可。

接着，使用图6和图7说明计时单元12的结构。如图6所示，计时单元12包括生成时钟信号(a)的振荡电路31、由信号(c)和时钟信号(a)的AND电路构成的门电路32、对经由门电路32输出的基准时钟(d)进行计数的计数器电路33以及在适当的时刻读出计数器电路33的计数值的锁存电路34，其中该信号(c)是对从振荡电路31输出的时钟信号的提供/停止进行切换的信号。另外，图6中的(a)～(g)表示在计时单元12与各结构要素之间传送的数字信号。

当从触发单元8输出测量开始的触发信号时，信号(b)变为“L”，计数器电路33被清零。同时，信号(c)变为“H”，门电路32变为有效，因此从振荡电路31输出的时钟(a)经由门电路32而作为基准时钟(d)提供给计数器电路33。

计数器电路33是在每次被提供基准时钟时递增一个计数值的加计数器。(e)表示计数器电路33的计数值。

然后，当规定的重复次数结束时，从重复单元9输出控制信号，信号(c)变为“L”而门电路32变为无效，之后停止向计数器电路33提供基准时钟(d)。与此同时，信号(f)变为“H”，因此在该时刻计数器电路33的计数值输出到锁存电路34。由锁存电路34读入的值作为信号(g)被输出到时间差检测单元16、第一加法单元13、第二加法单元14。

图7是表示将信号(c)为“H”的期间决定为三个时钟周期+α这种短的期间的情况下的各信号的动作的图。如果是图7所示的情况，则计时单元12的测量值为3。

图8是更详细地示出计时单元12的动作的时序图，横轴表示经过时间，纵轴表示(a)～(c)的信号的电压电平。

信号(a)是从发送单元4输出的超声波驱动信号，输出频率500kHz左右的矩形的交流信号。信号(b)是由接收单元5进行了信号处理的超声波接收波形。

在接收单元5中具有波形整形电路(未图示)，该波形整形电路将超过阈值电压V_ref之后首个到达0V的点(零交叉点)视作接收完成，当检测出接收完成时，再次从发送单元4输出超声波驱动信号。

在图8所示的例子中，省略了中间的重复部分，示出了最后的回振的接收完成点。在图8所示的例子中，当将回振的开始时间设为τ₀、将结束时间设为τ₁时，所需时间的准确的值用

T_x＝τ₁-τ₀           (式6)

表示，但是如图8所示那样，计时单元12对到τ₁之前的时钟上升时刻τ_s为止的时间进行计数，因此此时的测量值以

T_y＝τ_s-τ₀           (式7)

表示。

此时，由于τ₁与τ_s之差在基准时钟的一个周期以内，因此测量误差当然在一个时钟以内。

为了便于说明，将超声波接收波形的周期和基准时钟的周期以相同程度示出，但是在实际测量中，将基准时钟的周期取得与超声波接收波形的周期相比足够小，能够将一个时钟的误差设定在没有问题的范围内。

另外，如果将基准时钟的周期设为T_sc，则T_y用

T_y＝N×T_sc             (式8)

表示。在此，N是计数器电路33的计数值。因而，时间差检测单元16中的运算能够仅以求出顺逆两方向中的计数器电路33的计数值的差的减法电路构成。不仅如此，连判断单元17的阈值判断也能够仅以简单的减法电路构成。

这样，如果将计时单元12的结构设为仅由基准时钟生成单元(振荡电路31和门电路32)以及与其同步地进行计数的计数器单元(计数器电路33)构成的简单结构，则时间差检测单元16中的时间差运算以及判断单元17的阈值判断都能够仅以简单的减法电路构成。

因而，不进行乘除法运算也能够进行流量有无的判断，能够在单位测量工序结束之后的短时间内得出结果，能够既没有响应延迟也没有大耗电地判断零流量。

(实施方式2)

在上述实施方式1中，构成计时单元12的计数器单元由一个计数器电路33构成，但是本发明不限定于此，计数器单元也可以由两个以上的计数器电路构成。具体说明该结构的一例。此外，本实施方式中的流量测量装置的具体结构除了计时单元12的计数器单元以外与实施方式1相同，因此省略其具体的说明。

在具有上述实施方式1中已说明的结构的流量测量装置中，为了减小测量误差，只要提高计时单元12中的基准时钟频率即可，但是从省电的观点出发，过于提高频率不是上策。因此，采取以往技术中使用频率不同的两个计数器来构成计时单元12的方法，即使在这种情况下，在本发明中也能够通过仅减法电路的简单结构实现零流量的判断。

使用图9说明该情形。在图9所示的例子中，计时单元12所具备的计数器单元由低速计数器电路以及高速计数器电路这两个电路构成(均未图示)。图9中的“(c)低速时钟”对应于图8中的“(c)时钟”，低速计数器电路将该低速时钟用作基准时钟。另外，高速计数器电路将频率远高于低速时钟(例如数百倍)的高速时钟用作基准时钟。

在此，低速时钟侧的动作与之前的图8相同，因此省略说明，对于高速时钟侧的动作，除了图9之外还参照图10来进行说明。在图9中，为了明确低速时钟的频率而记载了时序图，在图10中，为了明确低速时钟与高速时钟的关系而记载了抽出图9的时序图的一部分这种形式的时序图。

高速时钟从接收点τ₁开始进行动作直到τ₁的下一个低速时钟的上升时刻即τ₂为止，高速计数器电路对τ₁至τ₂的时间进行计数。此时，当将高速计数器电路的动作时间设为T_z时，能够通过如下的运算式求出回振所需的时间T_y2。

T_x≈T_y2＝(τ₂-τ₀)-T_z＝(τ_s+T_sc-τ₀)-T_z    (式9)

其中，T_sc是低速时钟的周期。在此，当使用(式7)时，表示为

T_y2＝T_y+T_sc-T_z                             (式10)

进一步，如果将低速计数器电路的计数值设为N、将高速计数器电路的计数值设为M、将高速时钟的周期设为T_fc，则(式10)能够进一步进行如下变形。

T_y2＝(N+1)×T_sc-M×T_fc                     (式11)

在图9和图10所示的例子中，测量误差为高速计数器的周期T_fc的一个时钟的程度，与图8相比，时间精确度明显提高。并且，由于消耗电流大的高速时钟的动作时间极短，因此也不会不必要地增加耗电。

在此，如果由时间差检测单元16对由两个计数器电路求出的各个值求出顺向的测量值与逆向的测量值的时间差，则例如能够通过如下的判断来判断零流量。

·Δ_sn＝0且|Δ_fn|≤2时流量为零

·|Δ_sn|≥1时有流量

其中，在此，Δ_sn、Δ_fn分别表示由时间差检测单元16求出的低速计数器电路侧的差值、高速计数器电路侧的差值。即，是基于如下考虑：如果流量为零，则低速计数器电路侧的差为0，仅在高速计数器电路侧求出的值稍有不同。

因而，即使由频率不同的两个计数器电路构成计时单元12，也能够仅通过减法电路来判断流量的有无。

在此，示出了利用频率不同的两个计数器电路构成计时单元12的例子，但是即使为了进一步提高时间精确度而将频率不同的三个以上的计数器电路组合来构成计时单元12，当然也能够获得同样的效果。

如以上在实施方式1和2中已说明的那样，本发明的流量测量装置构成为具备测量控制单元，该测量控制单元根据在连续执行的一系列的测量工序(在上述的例子中是“单位测量工序”)中的任意的测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差来控制后续的测量工序的执行次数，因此能够没有响应延迟地判断流量的有无并切换为与流量的有无相应的测量方法，能够进行响应性高的测量。

另外，通过将该任意的测量工序设为一系列的测量工序中的初期的测量工序，能够进一步提高响应性。

另外，构成为如果在连续执行的一系列的测量工序中的任意的测量工序中由时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则测量控制单元中止以后的测量工序的执行，因此能够降低没有流量时的耗电。

另外，构成为如果在连续执行的一系列的测量工序中的任意的测量工序中由时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则流量运算单元将其间的流量计算为零，因此在没有流量的情况下，能够进一步降低耗电。

另外，构成为将一系列的测量工序的开始至流量运算的结束决定为单位流量计算工序，在流量连续为零时，测量控制单元改变单位流量计算工序的执行间隔使该执行间隔每次都不相同，因此即使在流路内产生周期性脉动，也不会错误地将流量判断为零，能够实现测量精确度的提高。

另外，构成为如果在连续执行的一系列的测量工序中的任意的测量工序中由时间差检测单元求出的时间差大于阈值，则测量控制单元继续连续地执行多次测量工序，因此能够在有流量的情况下进行精确度高的测量。

另外，构成为计时单元由基准时钟和根据上述时钟进行计数的计数器电路构成，时间差检测单元由使用了上述计数器电路的计数值的减法电路构成，在判断零流量的过程中不需要进行乘除法运算，因此能够通过仅使减法电路进行动作的简单的运算方法来判断流量的有无，能够进行即时性高的控制。

并且，构成为计时单元由频率不同的至少两个以上的基准时钟和计数器电路构成，时间差检测单元计算每个计数器电路的时间差，判断单元基于由时间差检测单元求出的所有计数器的计数差的组合来判断零流量，因此能够提高零流量的判断精确度。

对于本领域技术人员来说，从上述说明中可以清楚本发明的很多改进、其它的实施方式。因而，上述说明应该被解释为仅是例示，是为了向本领域技术人员示教执行本发明的优选方式而提供的内容。在不脱离本发明的精神的范围内，能够实质地变更其构造和/或功能的详细。

产业上的可利用性

本发明的流量测量装置能够提供能迅速地判断流量的有无并切换为与流量的有无相应的测量方法的响应性高的测量装置，因此不仅能够应用于燃气表，也能够应用于气体用流量计、液体用流量计。

Claims (8)

1.一种流量测量装置，其特征在于，具备：

第一振子和第二振子，其被设置在流体流路上，发送和接收超声波信号；

计时单元，其测量超声波信号在上述第一振子和上述第二振子之间的传播时间；

流量运算单元，其连续地执行单位测量工序，根据与上述执行的次数相应的传播时间来运算流量，其中，在上述该单位测量工序中切换上述第一振子和上述第二振子的发送接收方向，并且由上述计时单元测量顺逆两个方向的超声波信号的传播时间；

时间差检测单元，其求出上述单位测量工序的顺逆两个方向的传播时间差；以及

测量控制单元，其选择连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序，根据在该任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差来控制后续的单位测量工序的执行次数。

2.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

上述测量控制单元选择一系列的单位测量工序中的初期的单位测量工序来作为上述任意的单位测量工序。

3.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

如果在上述任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则上述测量控制单元中止上述任意的单位测量工序以后的单位测量工序的执行。

4.根据权利要求3所述的流量测量装置，其特征在于，

如果在上述任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差小于阈值，则上述流量运算单元将其间的流量计算为零。

5.根据权利要求3或4所述的流量测量装置，其特征在于，

将一系列的单位测量工序的开始至流量运算的结束决定为单位流量计算工序，在流量连续为零的情况下，上述测量控制单元改变上述单位流量计算工序的执行间隔使该执行间隔每次都不同。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的流量测量装置，其特征在于，

如果在连续执行的一系列的单位测量工序中的任意的单位测量工序中由上述时间差检测单元求出的时间差大于阈值，则上述测量控制单元使得继续连续地执行多次单位测量工序。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的流量测量装置，其特征在于，

上述计时单元由基准时钟和根据上述时钟进行计数的计数器电路构成，

上述时间差检测单元由使用了上述计数器电路的计数值的减法电路构成，由此在判断零流量的过程中不需要进行乘除法运算。

8.根据权利要求7所述的流量测量装置，其特征在于，

上述计时单元由频率不同的至少两个基准时钟和计数器电路构成，

上述时间差检测单元针对每个上述计数器电路计算计数差，

上述判断单元构成为基于由上述时间差检测单元求出的所有上述计数器电路的计数差的组合来判断零流量。

Images